【前端词典】Vue 响应式原理其实很好懂

前言

这是十篇 Vue 系列文章的第三篇，这篇文章我们讲讲 Vue 最核心的功能之一：响应式原理。

如何理解响应式

可以这样理解：当一个状态改变之后，与这个状态相关的事务也立即随之改变，从前端来看就是数据状态改变后相关 DOM 也随之改变。数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象。而当你修改它们时，视图会进行更新。

抛个问题

我们先看看我们在 Vue 中常见的写法：

<div id="app" @click="changeNum">	
  {{ num }}	
</div>	
var app = new Vue({	
  el: '#app',	
  data: {	
    num: 1	
  },	
  methods: {	
    changeNum() {	
      this.num = 2	
    }	
  }	
})

这种写法很常见，不过你考虑过当为什么执行 this.num=2 后视图为什么会更新呢？通过这篇文章我力争把这个点讲清楚。

如果不使用 Vue，我们应该怎么实现？

我的第一想法是像下面这样实现：

let data = {	
  num: 1	
};	
Object.defineProperty(data, 'num',{	
  value: value,	
  set: function( newVal ){	
    document.getElementById('app').value = newVal;	
  }	
});	
input.addEventListener('input', function(){	
  data.num = 2;	
});

这样可以粗略的实现点击元素，自动更新视图。

这里我们需要通过 Object.defineProperty 来操作对象的访问器属性。监听到数据变化的时候，操作相关 DOM。

而这里用到了一个常见模式 —— 发布/订阅模式。

我画了一个大概的流程图，用来说明观察者模式和发布/订阅模式。如下：

仔细的同学会发现，我这个粗略的过程和使用 Vue 的不同的地方就是需要我自己操作 DOM 重新渲染。

如果我们使用 Vue 的话，这一步就是 Vue 内部的代码来处理的。这也是我们为什么在使用 Vue 的时候无需手动操作 DOM 的原因。

关于 Object.defineProperty 我在上一篇文章已经提及，这里就不再复述。

Vue 是如何实现响应式的

我们知道对象可以通过 Object.defineProperty 操作其访问器属性，即对象拥有了 getter 和 setter 方法。这就是实现响应式的基石。

先看一张很直观的流程图：

initData 方法

在 Vue 的初始化的时候，其 _init() 方法会调用执行 initState(vm) 方法。 initState 方法主要是对 props、 methods、 data、 computed 和 wathcer 等属性做了初始化操作。

这里我们就对 data 初始化的过程做一个比较详细的分析。

function initData (vm: Component) {	
  let data = vm.$options.data	
  data = vm._data = typeof data === 'function'	
    ? getData(data, vm)	
    : data || {}	
  if (!isPlainObject(data)) {	
    ......	
  }	
  // proxy data on instance	
  const keys = Object.keys(data)	
  const props = vm.$options.props	
  const methods = vm.$options.methods	
  let i = keys.length	
  while (i--) {	
    const key = keys[i]	
    ...... // 省略部分兼容代码，但不影响理解	
    if (props && hasOwn(props, key)) {	
      ......	
    } else if (!isReserved(key)) {	
      proxy(vm, `_data`, key)	
    }	
  }	
  // observe data	
  observe(data, true /* asRootData */)	
}

initData初始化 data 的主要过程也是做两件事:

1. 通过 proxy 把每一个值 vm._data.[key] 都代理到 vm.[key] 上；

2. 调用 observe 方法观测整个 data 的变化，把 data 也变成响应式（可观察），可以通过 vm._data.[key] 访问到定义 data 返回函数中对应的属性。

数据劫持 — Observe

通过这个方法将 data 下面的所有属性变成响应式（可观察）。

// 给对象的属性添加 getter 和 setter，用于依赖收集和发布更新	
export class Observer {	
  value: any;	
  dep: Dep;  	
  vmCount: number; 	
  constructor (value: any) {	
    this.value = value	
    // 实例化 Dep 对象	
    this.dep = new Dep()	
    this.vmCount = 0	
    // 把自身实例添加到数据对象 value 的 __ob__ 属性上	
    def(value, '__ob__', this)	
    // value 是否为数组的不同调用	
    if (Array.isArray(value)) {	
      const augment = hasProto ? protoAugment : copyAugment	
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)	
      this.observeArray(value)	
    } else {	
      this.walk(value)	
    }	
  }	
  // 取出所有属性遍历	
  walk (obj: Object) {	
    const keys = Object.keys(obj)	
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {	
      defineReactive(obj, keys[i])	
    }	
  }	
  observeArray (items: Array<any>) {	
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {	
      observe(items[i])	
    }	
  }	
}

def 函数内封装了 Object.defineProperty ，所以你 console.log(data) ，会发现多了一个 __ob__ 的属性。

defineReactive 方法遍历所有属性

// 定义一个响应式对象的具体实现	
export function defineReactive (	
  obj: Object,	
  key: string,	
  val: any,	
  customSetter?: ?Function,	
  shallow?: boolean	
) {	
  const dep = new Dep()	
  ..... // 省略部分兼容代码，但不影响理解	
  let childOb = !shallow && observe(val)	
  Object.defineProperty(obj, key, {	
    enumerable: true,	
    configurable: true,	
    get: function reactiveGetter () {	
      const value = getter ? getter.call(obj) : val	
      if (Dep.target) {	
        // 进行依赖收集	
        dep.depend()	
        if (childOb) {	
          childOb.dep.depend()	
          if (Array.isArray(value)) {	
            dependArray(value)	
          }	
        }	
      }	
      return value	
    },	
    set: function reactiveSetter (newVal) {	
      const value = getter ? getter.call(obj) : val	
      ..... // 省略部分兼容代码，但不影响理解	
      if (setter) {	
        setter.call(obj, newVal)	
      } else {	
        val = newVal	
      }	
      // 对新的值进行监听	
      childOb = !shallow && observe(newVal)	
      // 通知所有订阅者，内部调用 watcher 的 update 方法 	
      dep.notify()	
    }	
  })	
}

defineReactive 方法最开始初始化 Dep 对象的实例，然后通过对子对象递归调用 observe 方法，使所有子属性也能变成响应式的对象。并且在 Object.defineProperty 的 getter 和 setter方法中调用 dep 的相关方法。

即：

1. getter 方法完成的工作就是依赖收集 —— dep.depend()

2. setter 方法完成的工作就是发布更新 —— dep.notify()

我们发现这里都和 Dep 对象有着不可忽略的关系。接下来我们就看看 Dep 对象。这个 Dep

调度中心作用的 Dep

前文中我们提到发布/订阅模式，在发布者和订阅者之前有一个调度中心。这里的 Dep 扮演的角色就是调度中心，主要的作用就是:

1. 收集订阅者 Watcher 并添加到观察者列表 subs

2. 接收发布者的事件

3. 通知订阅者目标更新，让订阅者执行自己的 update 方法

详细代码如下：

// Dep 构造函数	
export default class Dep {	
  static target: ?Watcher;	
  id: number;	
  subs: Array<Watcher>;	
  constructor () {	
    this.id = uid++	
    this.subs = []	
  }	
  // 向 dep 的观察者列表 subs 添加 Watcher	
  addSub (sub: Watcher) {	
    this.subs.push(sub)	
  }	
  // 从 dep 的观察者列表 subs 移除 Watcher	
  removeSub (sub: Watcher) {	
    remove(this.subs, sub)	
  }	
  // 进行依赖收集	
  depend () {	
    if (Dep.target) {	
      Dep.target.addDep(this)	
    }	
  }	
  // 通知所有订阅者，内部调用 watcher 的 update 方法	
  notify () {	
    const subs = this.subs.slice()	
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {	
      subs[i].update()	
    }	
  }	
}	
// Dep.target 是全局唯一的观察者，因为在任何时候只有一个观察者被处理。	
Dep.target = null	
// 待处理的观察者队列	
const targetStack = []	
export function pushTarget (_target: ?Watcher) {	
  if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target)	
  Dep.target = _target	
}	
export function popTarget () {	
  Dep.target = targetStack.pop()	
}

Dep 可以理解成是对 Watcher 的一种管理，Dep 和 Watcher 是紧密相关的。所以我们必须看一看 Watcher 的实现。

订阅者 —— Watcher

Watcher 中定义了许多原型方法，这里我只粗略的讲 update 和 get 这三个方法。

  // 为了方便理解，部分兼容代码已被我省去	
  get () {	
    // 设置需要处理的观察者	
    pushTarget(this)	
    const vm = this.vm	
    let value = this.getter.call(vm, vm)	
    // deep 是否为 true 的处理逻辑	
    if (this.deep) {	
      traverse(value)	
    }	
    // 将 Dep.target 指向栈顶的观察者，并将他从待处理的观察者队列中移除	
    popTarget()	
    // 执行依赖清空动作	
    this.cleanupDeps()	
    return value	
  }	
  update () {	
    if (this.computed) {	
      ...	
    } else if (this.sync) { 	
      // 标记为同步	
      this.run()	
    } else {      	
      // 一般都是走这里，即异步批量更新：nextTick	
      queueWatcher(this)	
    }	
  }

Vue 的响应式过程大概就是这样了。感兴趣的可以看看源码。

最后我们在通过这个流程图来复习一遍：

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